焦 晨，梁繪昕，葉 昀，張寒旭，何志靜，楊友文，沈理達*，侯 鋒

(1 南京航空航天大學 增材制造研究所，南京 210016；2 南京大學醫(yī)學院 附屬鼓樓醫(yī)院 醫(yī)藥生物技術國家重點實驗室，南京 210008；3 江西理工大學生物增材制造研究所，江西 贛州 341000；4 上海普利生機電科技有限公司，上海 200233)

陶瓷材料憑借其高硬度、高強度、耐腐蝕等特征，已被廣泛應用于各個領域，特別是在醫(yī)療骨科等領域中，生物活性陶瓷材料憑借其可降解、可吸收[1]以及良好的骨傳導與骨誘導特性，已展現(xiàn)出較明顯的價值[2]。同時，伴隨著定制化以及精準醫(yī)療趨勢的不斷推進，為患者制定個性化的診療方案可以縮短康復周期。然而陶瓷材料的高硬度與脆性特征使其被劃分為難加工材料范疇，同時傳統(tǒng)的干壓成形、注射成形等制造工藝難以滿足高度定制化生物陶瓷結構的設計需求。近年來，隨著對增材制造研究的不斷深入，該技術領域與陶瓷成形相互交叉，誕生了諸如陶瓷光固化、陶瓷熔融沉積成形等新工藝。其中，光固化工藝(立體平版印刷，stereolithography，SL；數(shù)字光處理，digital light processing，DLP)使用特定波長光源對陶瓷與光敏樹脂的混合漿料進行掃描，實現(xiàn)從線/面到體的空間疊加，最終坯體經(jīng)歷脫脂與燒結工藝實現(xiàn)致密化[3]，擺脫模具對于陶瓷成形的限制，使陶瓷結構件的設計與制作更為自由，更符合精準醫(yī)療的理念。

與傳統(tǒng)陶瓷制造技術相比，采用增材制造工藝成形陶瓷零件的優(yōu)勢在于制備具有高貼合度的曲面類結構以及具有交錯孔隙的多孔類結構，其中光固化工藝憑借其材料的均勻分散性、成形過程非高溫熔化的特征，最終燒結獲得的樣件具有均勻的收縮率，較低的內(nèi)應力以及較小的變形量，目前在齒科陶瓷牙冠、骨科填充物等方面具有極好的應用前景。

根據(jù)材料化學特性，生物陶瓷材料大致可分為生物惰性陶瓷以及生物活性陶瓷，前者化學性能穩(wěn)定，植入后不易溶解，也不釋放離子，可以在較長時間內(nèi)保證穩(wěn)定的力學性能；后者可促進人體組織長入，結合效果更優(yōu)。然而，單一的材料難以滿足力學性能、降解特性、骨誘導等性能的多元化需求，因此對生物陶瓷材料改性成為一個熱點研究方向[4]。為了實現(xiàn)改性生物陶瓷零件的光固化成形，需要配制具有良好流動性、理想可固化深度的陶瓷漿料，一般而言，具有強吸波特性的陶瓷材料難以進行固化成形，而具有高表面能的粉末材料由于團聚傾向易導致整個零件的力學性能薄弱，所以需要綜合考慮改性材料的選擇及其對成形性能的影響。此外，采用光固化技術制備的多孔生物陶瓷與人體骨骼的海綿狀多孔特征更為匹配，多孔陶瓷的宏觀與微觀結構對細胞相容性存在影響，通過對結構的調(diào)控同樣可以獲得正向反饋，實現(xiàn)更好的植入效果。

本工作立足于光固化生物陶瓷的材料改性及結構調(diào)控兩端，根據(jù)組織工程應用需求，重點闡述目前主要的適用于光固化的生物陶瓷材料及其改性的相關研究進展，針對適合于骨科等典型應用的生物陶瓷結構設計及調(diào)控方法進行總結歸納，以期為開發(fā)生物陶瓷的潛能及臨床應用提供參考借鑒。

1 光固化生物陶瓷研究進展

1.1 適用于光固化的陶瓷材料

光固化技術由Charles提出并商業(yè)化，逐漸成為目前應用最為廣泛的增材制造技術之一[5]。所使用的原材料光敏樹脂由單體、預聚物、光引發(fā)劑等組成，通過添加顏色物質(zhì)改變樹脂色澤，使其更易于精準固化。在不改變固化特性的前提下，Griffith等[6]采用SL方法制造陶瓷零件，在光敏樹脂中添加氧化鋁和氮化硅，配制固含量為40%～55%的陶瓷漿料，成功利用光固化的方式成形陶瓷形坯。

目前常用的工藝大致可以分為漿料配制、固化成形以及脫脂燒結，但由于脫脂燒結技術與其余陶瓷成形技術存在一定重復性，因此研究者們主要采用前兩種工藝。Sun等[7]對比5類分散劑并對其剪切稀化特性進行研究，優(yōu)選出最適宜的分散劑；Dehurtevent等[8]驗證了微米級粉末進行陶瓷光固化的可行性；焦守政等[9]重點關注了陶瓷粒徑對于漿料的影響，發(fā)現(xiàn)2～10 μm之間三種粒徑粉末合理配比可以有效降低黏度；周偉召等[10]研究了陶瓷漿料具備的性能，發(fā)現(xiàn)當漿料黏度小于3000 mPa·s、固化深度大于200 μm、體積分數(shù)大于40%時可滿足成形及后處理步驟的要求；Borlaf等[11]使用3%(質(zhì)量分數(shù)，下同)的Melpers 4350預先對粉末超聲混合，獲得了粒徑分散更為均勻的粉末，從而改善漿料流變特性；Li等[12]使用油酸、硬脂酸及聚丙烯酸銨改性粉體，改變粉末與樹脂潤濕特性，最終有效減小漿料的剪切黏度。經(jīng)過研究者們的不懈努力，適用于光固化的陶瓷漿料及其制備工藝逐漸成熟。

1.2 適用于光固化的生物陶瓷材料

生物陶瓷材料屬于人工骨修復材料，與目前發(fā)展較為成熟的高分子材料(明膠、海藻酸鈉等)以及金屬材料(鈦合金、鎂合金、不銹鋼等)相比，具有與人體骨骼更為相似的成分[13]以及更為匹配的強度，對人體不具有毒性,現(xiàn)可應用于人工骨、人工關節(jié)、人工齒根、骨充填材料、骨置換材料、骨結合材料，其主要應用如圖1所示[14-15]。

圖1 生物陶瓷主要應用(a)Biolox?惰性陶瓷髖關節(jié);(b)齒科植入物[14];(c)陶瓷骨填充結構[15]Fig.1 Main applications of bioceramics(a)Biolox? inert ceramic hip joint;(b)dental implants[14];(c)ceramic bone filler[15]

1.2.1 生物惰性陶瓷

生物惰性陶瓷主要以鋁、鋯的氧化物為主，具有優(yōu)越的耐磨性、高抗壓強度、良好的抗腐蝕性能、無毒的特性[16]，可用做全髖關節(jié)置換、骨折固定器。同時，此類材料經(jīng)過打磨后，可呈現(xiàn)良好的色澤與透光度，近年來被廣泛用作口腔種植體。但是惰性陶瓷斷裂韌度差，不僅加工困難，植入后也有脆性斷裂的危險。已有學者通過增韌方式提高抗斷裂性能，制備氧化鋯增韌氧化鋁(zirconia toughened alumina，ZTA)[17]等復合惰性陶瓷材料；陳歡歡等[18]驗證了采用SL技術制備的ZTA全瓷冠在力學性能及精度方面均滿足臨床要求；Zheng等[19]和Wu等[20]對光固化制備的ZTA材料工藝進行了優(yōu)化，獲得了理想的斷裂韌度。

1.2.2 生物活性陶瓷

生物活性陶瓷植入后隨時間增長逐漸與組織融為一體，這也是區(qū)別于惰性陶瓷的重要特征。生物活性陶瓷主要分為鈣-磷基生物陶瓷和鈣-硅基生物陶瓷，其性能與人體骨骼的對比如表1所示[21]。

表1 常見生物活性陶瓷材料力學性能[21]Table 1 Mechanical properties of common bioactive ceramic materials[21]

鈣-磷基生物陶瓷中最具代表性的是羥基磷灰石(hydroxyapatite, HA)。其是人體骨骼的重要無機成分，用作植入體時，HA表面和孔隙可供骨組織攀附，結合強度甚至能夠超過植入體或者周圍骨組織的強度。然而，以HA為代表的鈣-磷基生物陶瓷與其余生物材料相比具有更高的穩(wěn)定性，因此帶來了降解慢的缺點，無法提供較好的鈣磷環(huán)境以促進新生骨的生長。此外，人工制備的HA材料與天然骨組織相比，缺少Zn，Si，Sr等微量元素，在性能方面與天然骨組織存在較大區(qū)別。Yuan等[22]提出制備以HA為主要成分的雙相磷酸鈣陶瓷(biphase calcium phosphate,BCP)以獲得更好的骨誘導能力，并在動物實驗中得到了驗證。

鈣-硅基生物陶瓷由生物活性玻璃衍生而來，目前典型的鈣-硅基生物陶瓷包括硅酸鈣(CaSiO3)、硅酸二鈣(Ca2SiO4)、硅酸三鈣(Ca3SiO5)等。后兩種鈣-硅基陶瓷常被用于骨水泥，而硅酸鈣憑借更為穩(wěn)定的化學性能，常用于制備多孔骨支架。此外，硅酸鈣生物陶瓷可以快速誘導類羥基磷灰石在陶瓷表面沉積，短期內(nèi)的細胞增殖促進作用優(yōu)于鈣-磷基生物陶瓷。然而，硅酸鈣陶瓷降解速度過快，難以匹配新生骨組織的生長速度，同時硅離子的溶解引起植入物周圍pH值升高，對細胞增殖存在一定抑制作用[23]。

針對光固化生物陶瓷可能存在的缺陷，本文系統(tǒng)性地從材料及結構角度提出4個功能化解決方案，具體研究思路如圖2所示。從材料角度，根據(jù)骨支架植入后所需的骨誘導、骨傳導等功能，提出在基體材料中添加功能離子等改性材料，或者在已制備的支架表面涂覆更具生物相容性的功能材料；從結構角度，提出基于整體結構優(yōu)化及微結構制備的設計方法，使骨組織更好長入，充分發(fā)揮支架功能。

圖2 光固化生物陶瓷功能化解決方案Fig.2 Functionalization solutions for photocured bioceramics

2 光固化生物陶瓷材料改性方法進展

雖然生物陶瓷材料與人體更為匹配，可實現(xiàn)更好的預期植入效果，但單一成分的陶瓷材料力學性能欠佳、生物活性不足以及生物可降解性較差等缺陷，在很大程度上限制了其在臨床上的使用。針對以上問題，常用的解決方法是對陶瓷材料進行改性。

2.1 生物陶瓷材料改性技術

對陶瓷材料的改性包括復合陶瓷粉體成分調(diào)控、功能元素摻雜等。陶瓷粉體成分調(diào)控改性即通過調(diào)控復合陶瓷中不同成分的比例，從而改變陶瓷顆粒的微觀結構，是提高陶瓷材料力學性能及生物性能的重要方法。如針對惰性的氧化鋯陶瓷材料，隨著羥基磷灰石摻雜量的增加，復合支架組織中出現(xiàn)了更多的磷酸鈣成分，但是復合支架的抗壓強度表現(xiàn)出先升高后降低的特點，當羥基磷灰石含量為10%時達到最大的抗壓強度52.25 MPa，高于純氧化鋯的39.99 MPa[24]。在研究中也發(fā)現(xiàn)，當在惰性材料中摻雜生物活性較好的材料時，往往隨著生物活性材料添加量的增加，復合材料的整體生物相容性獲得提升?；钚圆牧显隗w液環(huán)境中表現(xiàn)出更強的降解能力，隨著這一過程的進行，復合陶瓷結構的內(nèi)部產(chǎn)生孔隙，為細胞的進一步長入提供了附著環(huán)境[25]。此外，通過調(diào)配不同粒徑的陶瓷材料也能夠使整體性能獲得提升，Zheng等[26]以及Spath等[27]驗證了通過混合不同粒徑分布的陶瓷材料成形相關結構。由于顆粒的密排作用，結構致密度提升，帶來了抗壓強度、斷裂韌度等力學性能的增強，為使用光固化技術制備生物陶瓷承力結構提供了新思路。

人體骨骼中包含特定的無機離子，在骨代謝中發(fā)揮著重要作用。功能元素摻雜改性即通過添加微量功能元素，充分發(fā)揮功能元素在促進新骨生成、穩(wěn)定骨骼結構、促進成骨細胞的增殖和分化方面的重要作用。事實上，通過添加功能元素，在一定條件下可以改變生物陶瓷的晶體結構，進而改變其性能。Mg是人體必需的元素，與骨質(zhì)疏松等癥狀密切相關。Mg在體內(nèi)參與新陳代謝、刺激細胞生長和增殖、促進骨的礦化，并且具有一定的抗菌作用[28]。Jenifer等[29]驗證了Mg改性的HA可以顯著提高抗菌性能，如圖3(a)所示。Wang等[30]使用Mg改性硅灰石，在植入第4周時觀察到明顯的新骨長入，如圖3(b)所示。Gu等[31]通過Mg改性β-TCP陶瓷，驗證了該功能元素對成骨細胞及血管的形成有效。同時，Mg元素濃度在骨重塑過程中逐漸降低，在成熟組織中趨于消失[32]，不會因過量而對人體造成損害。然而，Borges等[33]也指出,Mg改性陶瓷材料雖然可以提升生物相容性，但元素的摻雜提高了陶瓷坯體的收縮率,進而造成內(nèi)應力的提升，對力學性能有削減作用，因此只適用于低承載部位。

Sr被證實可促進間充質(zhì)干細胞的成骨分化[34]，在改善骨強度，促進骨細胞的生物活性方面具有重要作用[35]。Lowry等[36]發(fā)現(xiàn)，Sr元素可以取代HA晶格中的Ca元素，具有潛在的生物功能;Zhu等[37]發(fā)現(xiàn),適當含量的Sr元素可以使磷灰石晶體結構產(chǎn)生缺陷，從而提高溶解速率，改變其在生物醫(yī)學應用中的物理、化學性能，如圖3(b)所示。Zhao等[38]認為，使用Sr元素改性的HA支架促進局部骨再生和種植體骨結合，可達到雷奈酸鍶藥物的水平，完全可以作為治療骨質(zhì)疏松性骨缺損的安全替代品。研究發(fā)現(xiàn)，Sr元素可以改變硅酸鈣的晶體結構，對晶粒細化起到促進作用，15%的Sr元素改性可以實現(xiàn)最好的植入效果。

圖3 功能元素改性生物陶瓷材料(a)抗菌作用[29];(b)促進細胞生長[30];(c)摻雜功能元素致錯位與畸變[31]Fig.3 Functional elements modified bioceramic materials(a)antibacterial drugs[29];(b)promotion of cell growth[30];(c)dislocation and distortion caused by doping functional elements[31]

Zn元素能夠通過刺激成骨細胞中的蛋白質(zhì)合成并增強ATP(adenosine triphosphate)活性，從而誘導骨形成。缺Zn是導致骨密度降低和骨骼生長緩慢的重要原因。Uysal等[39]探討了Zn改性HA材料在力學性能、生物相容性以及抗菌性能方面的作用。結果表明，Zn元素改性具有積極作用。此外，Zn元素可與Mg，Sr等元素共同改性[40]，獲得更好的綜合作用。Cu元素是發(fā)揮人體酶功能的重要元素，在骨組織培養(yǎng)時，能通過刺激內(nèi)皮細胞增殖從而促進血管生成，釋放的離子也能夠促進殺死細菌從而實現(xiàn)抗菌作用。Gomes等[41]通過Cu改性雙相磷酸鈣，發(fā)現(xiàn)雙相的溶解度得到提升，更好地發(fā)揮出生物陶瓷的作用；Bazin等[42]量化了Cu元素添加量對HA的影響，發(fā)現(xiàn)添加量小于5%時均能使HA的生物相容性獲得提升。其他改性元素還包括Ag，Ca，Co等。使用功能元素摻雜改性時，需關注其對于晶格結構的影響，以及通過多渠道確定適合的添加量，從而獲得良好的改性效果。

2.2 生物陶瓷表面改性技術

材料改性時，由于異種材料不浸潤等原因，易在材料邊界處引發(fā)缺陷，生物相容性得到提升的同時，往往會造成力學性能的下降。事實上，材料改性在部分情況下是一種折中，而在一些對綜合性能要求較高的環(huán)境下，表面工藝可以較好規(guī)避此類問題，同時獲得基體材料的優(yōu)良力學性能與表層材料的特殊功能。從骨修復材料的發(fā)展歷程來看，第一代骨修復陶瓷材料與人體組織結合較差，容易出現(xiàn)松動。而對材料表面進行改性后，陶瓷材料與骨組織的結合能力得到顯著改善[43]。后期研究者們開始考慮通過在支架表面噴涂具有生物活性的材料實現(xiàn)特定的功能。目前常用的方法為涂層材料表面功能修飾，根據(jù)不同使用場合選擇適合的表層材料。

對生物陶瓷材料進行表面改性，通常使用生物活性更好的第二相陶瓷涂覆基體表面。Macan等[44]為了獲得強度與人體骨骼相匹配的多孔生物陶瓷支架，使用氧化鋯作為基體材料，在支架表面涂覆缺鈣羥基磷灰石(CaDHA)。測試結果表明，支架的拉伸強度((269±52) MPa)與天然骨的相匹配，并且在劃痕實驗下涂層材料和材料之間的臨界載荷為(18±2) N，表現(xiàn)出足夠的結構完整性；姚崢杰等[45]研究了表面改性對生物相容性的影響。結果表明，使用羥基磷灰石涂覆氧化鋯時，可改變表面粗糙度、表面自由能和化學性質(zhì)，外層材料降解并被吸收，獲得更好的植入物與骨組織的接觸狀態(tài)，由此可見，采用表面改性可同時獲得力學性能及生物相容性的提升。Dai等[46]結合材料改性與表面改性，首先通過Sr，Si及F元素增強HA涂層的成骨分化信號傳遞，促進相關基因的表達，隨后使用改性材料對氧化鋯基體進行二次改性，獲得了良好的綜合性能。

此外，還可以使用高分子復合材料進行表面改性。此類材料具有結構和功能多樣化的特點，可以實現(xiàn)材料降解性能調(diào)控、負載藥物或生物活性因子、改變材料表面微結構、促進細胞生長等優(yōu)點。常用材料包括殼聚糖、聚己內(nèi)酯、海藻酸鈉、聚乳酸、聚乳酸-羥基乙酸以及各種水凝膠等。高分子材料通常在內(nèi)部可以摻雜功能性藥物或其他材料，從而實現(xiàn)綜合性能改善。Wang[47]在硅酸鈣支架表面順序浸漬、涂覆聚多巴胺/聚乳酸(PDA/PLA)涂層。使用此表面改性方法能夠有效改善支架的親水性，不僅力學性能得到改善，而且對細胞擴散也表現(xiàn)出積極作用。使用高分子復合材料制備負載蛋白類活性物質(zhì)也是較為新穎的改性思路。Han等[48]在多孔羥基磷灰石支架表面制備聚賴氨酸/聚多巴胺(PLL/PDA)雜化涂層。該涂層同時具有PDA的高蛋白結合力以及PLL的生物降解性，另外，涂層可以在溫和條件下將骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2(BMP-2)嵌入到支架上，從而保護BMP-2的生物活性。研究表明，制備的PLL/PDA涂層可以有效促進骨髓基質(zhì)細胞的成骨分化。另外高分子材料中還可以摻雜一定量的藥物用以輔助骨修復[49]。

由于生物陶瓷材料植入到生物體內(nèi)后首先接觸到的是各種細胞和組織，表面特定的納米微結構會影響細胞的黏附狀態(tài)，激活細胞內(nèi)相關生物信號，促進骨組織再生。例如，磷酸鈣陶瓷表面的納米結構對細胞的行為有重要影響。Xiao等[50]采用水熱法在羥基磷灰石支架表面構建微納結構。細胞實驗表明，改性后的涂層對細胞分化的促進作用顯著增強。僅依靠增材制造方法制備的生物陶瓷表面結構相對單一，由于缺乏負載相關藥物、生物活性因子等相關功能，而在實際臨床應用中受到限制。因此，考慮到潛在的植入應用，生物陶瓷結構表面需要制備額外的功能層。可以借助表2中的表面改性技術，以獲得更好的生物相容性、滿足抗菌以及能夠穩(wěn)定釋放相關[51-54]。

表2 光固化生物陶瓷表面改性方法Table 2 Surface modification methods for photocured bioceramics

3 光固化生物陶瓷材料結構調(diào)控研究進展

以HA為代表的生物陶瓷材料在成分上已與人體骨骼相近，以改性等手段引入功能材料又能夠充分發(fā)揮生物陶瓷的骨傳導、骨誘導、促進血管生成等功能。不管生物陶瓷材料如何改性，移植成功的關鍵在于術后能否有正常的新生骨組織長入。Tamai等[55]發(fā)現(xiàn)，多孔的HA骨支架更有助于血管的生成，并且隨著植入時間的增加，支架的抗壓性能穩(wěn)步提升至初始值的2倍；夏琳等[56]發(fā)現(xiàn)，孔隙率對成骨性能存在明顯影響。由此可見，在材料改性的基礎上，通過結構調(diào)控可以進一步使骨支架功能化，而設計并制備具有不同孔隙形貌的生物陶瓷結構，與光固化陶瓷技術的特征十分契合，因此引起了研究者們的關注。

3.1 光固化生物陶瓷多孔結構設計

人體骨骼可分為松質(zhì)骨與皮質(zhì)骨，具有不均勻的特征，特別是松質(zhì)骨，數(shù)以萬計的骨小梁互相連接形成具有不同孔隙特征的多孔形貌。研究表明[57]，不同孔隙在骨組織生長時發(fā)揮著不同的作用。如50 μm的孔徑適合非礦化的骨組織長入，而大于150 μm的孔徑則更適合新骨組織增殖生長。因此，仿生骨支架的設計及制備成為發(fā)揮支架功能的又一重要因素。Paredes等[58]嘗試利用DLP制備具有復雜結構的多孔陶瓷，發(fā)現(xiàn)相近孔隙率下，孔的尺寸對力學性能影響較??；Lim等[59]發(fā)現(xiàn)孔徑大小在植入初期可以影響骨再生；Bittner等[60]制備了三層結構的梯度PCL/HA支架，發(fā)現(xiàn)梯度支架可以更好匹配植入部位的組織特征。此外，孔隙形貌對生物陶瓷也有影響。Edreira等[61]發(fā)現(xiàn)結構中的凹面對細胞有更好的促進作用；Lu等[62]對比了生物陶瓷支架中的六角形結構與曲面結構，發(fā)現(xiàn)前者的優(yōu)化更有利于提升抗壓性能，而后者與抗彎性能相關；Kolan等[63]發(fā)現(xiàn)，支架的孔隙形狀是決定骨再生速率的一個重要因素，而模擬骨小梁的仿生結構與傳統(tǒng)點陣結構相比，對細胞增殖具有更好的促進作用。

為了獲得性能優(yōu)異的生物陶瓷結構，需要綜合考慮力學性能、孔隙結構和滲透率等[64]。本課題組基于Voronoi原理，提出一種基于可控子空間陣列產(chǎn)生隨機離散點集的方法，通過控制子空間陣列分布來控制多孔結構的不規(guī)則程度、形態(tài)、孔隙率等，并獲得了與人體骨小梁相近的結構。對不同參數(shù)對應結構的生物相容性進行研究后發(fā)現(xiàn)，具有不規(guī)則特征的多孔結構具備更好的生物相容性[65]。目前，研究者們正通過優(yōu)化生物陶瓷的結構以充分發(fā)揮其功能，而采用不規(guī)則及梯度設計思路被證實是一種行之有效的方法。

3.2 光固化生物陶瓷微結構調(diào)控

除了依靠材料自身的改性以滿足目標性能，還可通過引入微細孔隙進而改變結構性能。多孔陶瓷與增材制造技術相結合，可以制備具有微米至毫米級特征的大孔以及納米級特征的小孔。大小孔組合的跨尺度多孔陶瓷，其大孔適用于大分子物質(zhì)的擴散與傳輸，小孔則憑借其較高的比表面積以及更多的活性位點，實現(xiàn)微觀結構上的功能化。為實現(xiàn)跨尺度孔隙，需要在初始材料端進行改性設計。比較常見的方法為引入造孔劑(犧牲材料)，通過調(diào)控造孔劑的添加量與粒徑，隨后在燒結過程中蒸發(fā)或燒盡[66]造孔劑從而形成孔隙。本團隊選取Al(OH)3作為造孔劑，ZrO2作為基體材料，制備了復合陶瓷骨支架。不同含量的造孔劑及不同燒結溫度下孔隙分布差異明顯，因此根據(jù)目標參數(shù)可以實現(xiàn)較大范圍內(nèi)的調(diào)控[67]?；舸鎸毜萚68]認為，增材制造多孔陶瓷主要通過材料改性實現(xiàn)，通過高溫不完全燒結與致密化從而產(chǎn)生孔徑小于10 μm的微觀孔，實現(xiàn)了復合陶瓷材料孔隙的雙峰分布；Zhao等[69]提出纖維摻雜與DLP工藝相結合，通過纖維分解揮發(fā)形成孔隙，該方法可以制備可控的連通孔隙。但是，造孔劑的分解揮發(fā)易造成局部壓力過大而產(chǎn)生裂紋缺陷，同時過高的孔隙率也會造成力學性能急劇下降，因此在使用多孔材料改性時，需要將孔隙率保持在合理范圍內(nèi)。

在骨科用途中，微孔在植入的初始階段可吸收蛋白質(zhì)、生長素等再生過程中的工作物質(zhì)，在新生組織長入后又可降低植入陶瓷結構的脆性。細胞實驗結果表明，細胞更易于在微孔聚集處生長，表面出現(xiàn)了類似分泌物或絨毛的顆粒，有明顯的偽足。陳晨等[70]進一步研究并制備出具有明顯梯度孔隙分布的HA基結構，與常規(guī)結構相比展現(xiàn)出更好的抗菌特性。

4 結束語

生物陶瓷具有可降解可吸收、良好的骨傳導與骨誘導等特性，在組織工程領域具有廣闊前景。然而單一的陶瓷材料難以兼顧力學性能與生物相容性，因此生物陶瓷的功能化研究具有重要意義。本文基于光固化陶瓷的改性與結構調(diào)控兩類功能化方案，得到以下結論：(1)光固化生物陶瓷的材料改性包括陶瓷粉體成分調(diào)控以及添加金屬功能離子，經(jīng)過改性的復合材料具備骨誘導、抗菌、促進血管生成等功能；(2)光固化生物陶瓷的表面改性可以保證基體材料結構原有的力學性能，表層功能材料可以修復表面缺陷，改善與細胞接觸特性，同時可以承載藥物等功能材料，進一步實現(xiàn)功能化；(3)光固化生物陶瓷的功能實現(xiàn)與結構設計密切相關，孔隙率、孔隙形貌、孔隙梯度等因素均會對力學性能與生物相容性產(chǎn)生影響，因此可以在結構設計階段引入仿生理念；(4)光固化生物陶瓷的微結構調(diào)控可以發(fā)揮不同孔隙的功能，如分別實現(xiàn)物質(zhì)傳遞、細胞黏附等。

人體是一個復雜的體系，目前的研究只是聚焦局部的力學、生物特性，多功能的實現(xiàn)及相互影響機理研究是當前組織工程領域的一個研究難點。具體到生物陶瓷材料方向，有關材料改性、表面改性、結構設計、微結構調(diào)控等功能化方法的組合研究是一種行之有效的方法。采用此方法有望充分實現(xiàn)光固化生物陶瓷的功能，并推動其深層次的應用。